Клітинна біологія. Розділ біології про клітку називається

Клітина………………………………………………………………1

Будова клітин……………………………………………………2

Цитологія…………………………………………………………..3

Мікроскоп і клітина………………………………………………..4

Схема будови клітини…………………………………………….6

Розподіл клітини……………………………………………………10

Схема мітотичного поділу клітини…………………………...12

Клітина

Клітина - елементарна частина організму, здатна до самостійного існування, самовідтворення та розвитку. Клітина - основа будови та життєдіяльності всіх живих організмів та рослин. Клітини можуть існувати як самостійні організми, і у складі багатоклітинних організмів (клітини тканини). Термін "Клітка" запропонований англійським мікроскопістом Р. Гуком (1665). Клітина – предмет вивчення особливого розділу біології – цитології. Більш систематичне вивчення клітин почалося дев'ятнадцятому столітті. Однією з найбільших наукових теорій на той час була Клітинна теорія, стверджувала єдність будови всієї живої природи. Вивчення будь-якого життя на клітинному рівні є основою сучасних біологічних досліджень.

У будові та функціях кожної клітини виявляються ознаки, загальні всім клітин, що відбиває єдність їх походження з первинних органічних речовин. Приватні особливості різних клітин – результат їхньої спеціалізації у процесі еволюції. Так, всі клітини однаково регулюють обмін речовин, подвоюють і використовують свій спадковий матеріал, одержують та утилізують енергію. У той самий час різні одноклітинні організми (амеби, туфельки, інфузорії тощо.) дуже відрізняються розмірами, формою, поведінкою. Не менш різко розрізняються клітини багатоклітинних організмів. Так, у людини є лімфоїдні клітини – невеликі (діаметром близько 10 мкм) округлі клітини, що беруть участь в імунологічних реакціях, та нервові клітини, частина яких має відростки завдовжки більше метра; ці клітини здійснюють основні регуляторні функції у організмі.

Першим цитологічним методом дослідження була мікроскопія живих клітин. Сучасні варіанти прижиттєвої світлової мікроскопії - фазово-контрастна, люмінесцентна, інтерференційна та ін - дозволяють вивчати форму клітин та загальну будову деяких її структур, рух клітин та їх поділ. Деталі будови клітини виявляються лише після спеціального контрастування, що досягається забарвленням убитої клітини. Новий етап вивчення структури клітини - електронна мікроскопія, що має значно більший дозвіл структури клітини порівняно зі світловою мікроскопією. Хімічний склад клітин вивчається цито- та гістохімічними методами, що дозволяють з'ясувати локалізацію та концентрацію речовини у клітинних структурах, інтенсивність синтезу речовин та їх переміщення у клітинах. Цитофізіологічні методи дають змогу вивчати функції клітин.

Будова клітин

Клітини всіх організмів мають єдиний план будови, у якому чітко проявляється спільність всіх процесів життєдіяльності. Кожна клітина включає до свого складу дві нерозривно пов'язані частини: цитоплазму та ядро. Як цитоплазма, і ядро ​​характеризуються складністю і суворої впорядкованістю будівлі і, своєю чергою, до їх складу входить безліч різноманітних структурних одиниць, виконують цілком певні функції.

Оболонка.Вона здійснює безпосередню взаємодію із зовнішнім середовищем та взаємодію із сусідніми клітинами (у багатоклітинних організмах).

Оболонка – митниця клітини. Вона пильно стежить за тим, щоб у клітину не проникли непотрібні на даний момент речовини; навпаки, речовини, яких клітина потребує, можуть розраховувати на її максимальне сприяння.

Оболонка подвійна ядра; складається з внутрішньої та зовнішньої ядерних мембран. Між цими мембранами розташовується перинуклеарний простір. Зовнішня ядерна мембрана зв'язана з каналами ендоплазматичної мережі.

Оболонка ядра містить численні пори. Вони утворюються змиканням зовнішньої та внутрішньої мембран і мають різний діаметр. У деяких ядрах, наприклад ядрах яйцеклітин, дуже багато часу і вони з правильними інтервалами розташовані на поверхні ядра. Кількість пір в ядерній оболонці варіює у різних типах клітин. Пори розташовані на рівній відстані один від одного. Так як діаметр пори може змінюватися, і в ряді випадків її стінки мають досить складну структуру, складається враження, що пори скорочуються, або замикаються, або, навпаки, розширюються. Завдяки порам каріоплазма входить у безпосередній контакт із цитоплазмою. Через пори легко проходять досить великі молекули нуклеозидів, нуклеотидів, амінокислот та білків, і таким чином здійснюється активний обмін між цитоплазмою та ядром.

Цитологія

Наука, що вивчає будову та відправлення клітин, називається цитологією.

За останнє десятиліття вона досягла великих успіхів, що значною мірою пов'язане із розробкою нових методів дослідження клітини.

Основним «знаряддям» цитології служить мікроскоп, що дозволяє вивчати будову клітини зі збільшенням 2400-2500 раз. Клітини вивчають у живому вигляді, а також після спеціальної обробки. Остання зводиться до двох основних етапів.

Спочатку клітини фіксують, тобто вбивають їх швидкодіючими отруйними для клітин речовинами, що не руйнують їх структури. Другим етапом є фарбування препарату. Вона полягає в тому, що різні частини клітини з різним ступенем інтенсивності сприймають деякі барвники. Завдяки цьому вдається чітко виявити різні структурні компоненти клітини, які без забарвлення завдяки схожому коефіцієнту заломлення не видно. Найчастіше застосовують метод виготовлення зрізів. Для цього тканини або окремі клітини після спеціальної обробки укладають у тверде середовище (парафін, целоїдин), після чого за допомогою особливого приладу - мікротома, з гострою бритвою, розкладають на тонкі зрізи товщиною від 3 мікрон (мікрон = 0,001 мм).

1. Не всі організми мають клітинну будову.

Клітинна організація стала результатом тривалої еволюції, якій передували неклітинні (доклітинні) форми життя. Фіксовані та пофарбовані препарати перед вивченням укладають у середу з високим коефіцієнтом заломлення (гліцерин, канадський бальзам та ін.). Завдяки цьому вони стають прозорими, що полегшує дослідження препарату.

У сучасній цитології розроблено низку нових методів та прийомів, застосування яких надзвичайно поглибило знання про будову та фізіологію клітини.

Дуже велике значення вивчення клітини має застосування біохімічних і цитохімічних методів. В даний час ми можемо не тільки вивчати будову клітини, але й визначати її хімічний склад та зміни його у процесі життєдіяльності клітини. Багато з цих методів ґрунтуються на застосуванні кольорових реакцій, що дозволяють розрізняти певні хімічні речовини або групи речовин. Вивчення розподілу різних за своїм хімічним складом речовин у клітині шляхом кольорових реакцій є цитохімічним методом. Він має велике значення для дослідження обміну речовин та інших сторін клітин фізіології.

Мікроскоп та клітина

У сучасній цитології широко застосовують ультрафіолетову мікроскопію. Ультрафіолетові промені невидимі для людського ока, але сприймаються фотографічною платівкою. Деякі органічні речовини (нуклеїнові кислоти), що грають особливо важливу роль у житті клітини, вибірково поглинають ультрафіолетові промені. Тому за знімками, виготовленими в ультрафіолетових променях, можна судити про розподіл нуклеїнових речовин у клітині.

Розроблено ряд тонких методів, що дозволяють вивчати проникнення різних речовин у клітину із навколишнього середовища.

Для цього, зокрема, застосовують прижиттєві (вітальні) барвники. Це такі барвники (наприклад, нейтральний червоний), які проникають у клітину, не вбиваючи її. Спостерігаючи за живою вітально забарвленою клітиною, можна судити про шляхи проникнення та накопичення речовин у клітині.

Особливо велику роль розвитку цитології, і навіть у вивченні тонкої будови найпростіших зіграла електронна мікроскопія.

Електронний мікроскоп ґрунтується на іншому принципі, ніж світловий оптичний мікроскоп. Об'єкт вивчають в пучку електронів, що швидко летять. Довжина хвилі електронних променів у багато тисяч разів менша за довжину хвилі світлових променів. Це дозволяє отримати значно більшу роздільну здатність, тобто набагато більше збільшення, ніж у світловому мікроскопі. Пучок електронів проходить крізь об'єкт, що вивчається і потім падає на флуоресцентний екран, на якому і проектується зображення об'єкта. Щоб об'єкт був проникним для електронного пучка, він має бути дуже тонким. Звичайні мікротомні зрізи завтовшки 3-5 мк для цього абсолютно непридатні. Вони повністю поглинуть пучок електронів. Були створені спеціальні прилади - ультрамікротоми, які дозволяють отримувати зрізи нікчемної товщини, близько 100-300 ангстрем (ангстрем - одиниця довжини, що дорівнює одній десятитисячному мікрону). Відмінності в поглинанні електронів різними частинами клітини настільки малі, що без спеціальної обробки на екрані електронного мікроскопа не можуть бути виявлені. Тому об'єкти, що вивчаються, попередньо обробляються речовинами, непроникними або важкопроникними для електронів. Такою речовиною є чотирикіс осмію (Os04). Вона різною мірою поглинається різними частинами клітини, які завдяки цьому по-різному затримують електрони.

Застосовуючи електронний мікроскоп, можна отримати збільшення близько 100 000.

Електронна мікроскопія відкриває нові перспективи вивчення організації клітини.

Схема будови клітини

На рис. 15 та рис. 16 зіставлено схему будови клітини, як вона представлялася в двадцятих роках цього століття і як вона представляється в даний час.

Зовні клітина відмежована від навколишнього середовища тонкою клітинною мембраною, яка відіграє важливу роль у регуляції надходження речовин до цитоплазми. Основна речовина цитоплазми має складний хімічний склад.

Основу його складають білки, які перебувають у стані колоїдного розчину. Білки - це складні органічні речовини, що мають великі молекули (молекулярна вага їх дуже висока, вимірюється десятками тисяч по відношенню до атома водню) і великою хімічною рухливістю. Крім білків, у цитоплазмі присутні і багато інших органічних сполук (вуглеводи, жири), серед яких особливо велике значення в житті клітини відіграють складні органічні речовини - нуклеїнові кислоти. З неорганічних складових частин цитоплазми слід насамперед назвати воду, яка за вагою становить значно більше половини всіх речовин, що входять до складу клітини. Вода важлива як розчинник, оскільки реакції обміну речовин протікають у рідкому середовищі. Крім того, в клітині присутні іони солей (Са2+, К+, Na+, Fe2+, Fe3+ та ін.).

Здебільшого речовині цитоплазми розташовуються органоїди - постійно присутні структури, виконують певні функції у житті клітини. У тому числі важливу роль обміні речовин грають мітохондрії. У світловому мікроскопі вони помітні у формі невеликих паличок, ниток, іноді гранул.

Електронний мікроскоп показав, що структура мітохондрій дуже складна. Кожна мітохондрія має оболонку, що складається з трьох шарів, та внутрішню порожнину.

Від оболонки в цю порожнину, заповнену рідким вмістом, вдаються численні перегородки, що не доходять до протилежної стінки, звані кристалами. Цитофізіологічні дослідження показали, що мітохондрії є органоїдами, з якими пов'язані дихальні процеси клітини (окислювальні). У внутрішній порожнині, на оболонці та кристах локалізуються дихальні ферменти (органічні каталізатори), що забезпечують складні хімічні перетворення, з яких складається процес дихання.

У цитоплазмі, крім мітохондрій, є складна система мембран, що утворює в сукупності ендоплазматичну мережу (рис. 16).

Як показали електронно-мікроскопічні дослідження, мембрани ендоплазматичної мережі подвійні. З боку, зверненої до основної речовини цитоплазми, на кожній мембрані розташовані численні гранули (називаються «тільцями Паллада» на ім'я вченого, що їх відкрив). До складу цих гранул входять нуклеїнові кислоти (а саме рибонуклеїнова кислота), завдяки чому їх називають також рибосомами. На ендоплазматичній мережі за участю рибосом здійснюється один із основних процесів життєдіяльності клітини – синтез білків.

Частина цитоплазматичних мембран позбавлена ​​рибосом і утворює особливу систему, яка називається апаратом Гольджі.

Це утворення виявлено у клітинах вже досить давно, бо його вдається виявити особливими методами для дослідження у світловому мікроскопі. Однак тонка структура апарату Гольджі стала відома лише внаслідок електронно-мікроскопічних досліджень. Функціональне значення цього органоїду зводиться до того, що в області апарату концентруються різні речовини, що синтезуються в клітці, наприклад зерна секрету в залізистих клітинах і т. п. Мембрани апарату Гольджі знаходяться у зв'язку з ендоплазматичною мережею. Можливо, що на мембранах апарату Гольджі протікає низка синтетичних процесів.

Ендоплазматична мережа пов'язана із зовнішньою оболонкою ядра. Цей зв'язок грає, мабуть, істотну роль у взаємодії ядра та цитоплазми. Ендоплазматична мережа має також зв'язок із зовнішньою мембраною клітини та місцями безпосередньо переходить у неї.

За допомогою електронного мікроскопа в клітинах виявили ще один тип органоїдів - лізосоми (рис. 16).

За розмірами та формою вони нагадують мітохондрії, але легко відрізняються від них за відсутністю тонкої внутрішньої структури, такої характерної та типової для мітохондрій. За уявленнями більшості сучасних цитологів, в лізосомах містяться ферменти, що перетравлюють, пов'язані з розщепленням великих молекул органічних речовин, що надходять в клітину. Це як би резервуари ферментів, які поступово використовуються в процесі життєдіяльності клітини.

У цитоплазмі тварин клітин зазвичай поруч із ядром розташовується центросома. Цей органоїд має постійну структуру. Він складається з дев'яти ультрамікроскопічних паличкоподібних утворень, укладених в особливо диференційовану цитоплазму ущільнену. Центросома – органоїд, пов'язаний з розподілом клітини.

Мал. 16. Схема будови клітини, за сучасними даними, з урахуванням електронно-мікроскопічних досліджень:

1 – цитоплазма; 2 - апарат Гольджі, з-центросома; 4 - мітохондрії; 5 – ендоплазматична мережа; 6 – ядро; 7 - ядерце; 8 – лізосоми.

До рому перерахованих цитоплазматичних органоїдів клітини, в ній можуть бути різні спеціальні структури і включення, пов'язані з обміном речовин і виконанням різних спеціальних, властивих даній клітині функцій. У тварин клітинах зазвичай є глікоген, або тваринний крохмаль. Це резервна речовина, яка споживається в процесі обміну речовин як основний матеріал для окислювальних процесів. Часто є жирові включення у формі дрібних крапель.

У спеціалізованих клітинах, таких як м'язові клітини, є особливі скорочувані волоконця, пов'язані зі скорочувальною функцією цих клітин. Ряд спеціальних органоїдів і включень є у рослинних клітинах. У зелених частинах рослин завжди присутні хлоропласти – білкові тіла, що містять зелений пігмент хлорофіл, за участю якого здійснюється фотосинтез – процес повітряного живлення рослини. Як резервна речовина тут зазвичай знаходяться крохмальні зерна, відсутні у тварин. На відміну від тварин, рослинні клітини мають, крім зовнішньої мембрани, міцними об 57 лочками з клітковин і, що обумовлює особливу міцність рослинних тканин.

Розподіл клітини

В основі здатності клітин до самовідтворення лежать унікальна властивість ДНК самокопіюватися і строго рівноцінний поділ репродукованих хромосом у процесі Мітозу. В результаті поділу утворюються дві клітини, ідентичні вихідній за генетичними властивостями та з оновленим складом ядра та цитоплазми. Процеси самовідтворення хромосом, їх поділу, утворення двох ядер і поділу цитоплазми поділені в часі, складаючи разом Мітотичний цикл клітини. Якщо після поділу клітина починає готуватися до наступного поділу, мітотичний цикл збігається з життєвим циклом клітини. Однак у багатьох випадках після поділу (а іноді перед ним) клітини виходять з мітотичного циклу, диференціюються і виконують в організмі ту чи іншу спеціальну функцію. Склад таких клітин може оновлюватися рахунок поділів малодиференційованих клітин. У деяких тканинах та диференційовані клітини здатні повторно входити в мітотичний цикл. У нервовій тканині диференційовані клітини не поділяються; багато хто з них живе так само довго, як організм в цілому, тобто в людини - кілька десятків років. При цьому ядра нервових клітин не втрачають здатності до поділу: пересаджені в цитоплазму ракових клітин, ядра нейронів синтезують ДНК і діляться. Досліди із клітинами-гібридами показують вплив цитоплазми на прояв ядерних функцій. Неповноцінна підготовка до поділу запобігає мітозу або спотворює його перебіг. Так, у деяких випадках не відбувається поділу цитоплазми та утворюється двоядерна клітина. Багаторазове розподіл ядер у клітині, що не ділиться, призводить до появи багатоядерних клітин або складних надклітинних структур (симпластів), наприклад у поперечносмугастих м'язах. Іноді репродукція клітини обмежується відтворенням хромосом і утворюється поліплоїдна клітина, що має подвоєний (порівняно з вихідною клітиною) набір хромосом. Поліплоїдизація призводить до посилення синтетичної активності, збільшення розмірів та маси клітини.

Одним з основних біологічних процесів, що забезпечують наступність форм життя і лежать в основі всіх форм розмноження, є поділ клітини. Цей процес, відомий під назвою каріокінезу, або мітозу, з дивовижною сталістю, лише з деякими варіаціями в деталях, здійснюється в клітинах всіх рослин і тварин, у тому числі найпростіших. При мітозу відбувається рівномірний розподіл хромосом, які зазнають подвоєння між дочірніми клітинами. Від будь-якої ділянки кожної хромосоми дочірні клітини одержують половину. Не вдаючись до детального опису мітозу, відзначимо лише його основні моменти (рис.).

У першій стадії мітозу, званої профазою, в ядрі стають чітко видимими хромосоми у формі ниток.

Мал. Схема мітотичного поділу клітини:

1 - ядро, що не ділиться;

2-6 - послідовні етапи зміни ядра у профазі;

7-9 – метафаза;

10 – анафаза;

11-13 – телофаза. різної довжини.

У ядрі, як ми бачили, хромосоми мають вигляд тонких, неправильно розташованих ниток, що переплітаються один з одним. У профазі відбувається їх укорочування та потовщення. Разом про те кожна хромосома виявляється подвійний. По довжині її проходить щілина, що розділяє хромосому на дві половини, що поруч лежать і зовсім подібні один одному.

На наступній стадії мітозу - метафазі - оболонка ядра руйнується, ядерця розчиняються і хромосоми виявляються цитоплазмою. Всі хромосоми розташовуються при цьому в один ряд утворюючи так звану екваторіальну пластинку. Істотних змін зазнає центросома. Вона ділиться на дві частини, які розходяться, і між ними утворюються нитки, що формують ахроматинове веретено. Екваторіальна пластинка хромосом розташовується за екватором цього веретена.

На стадії анафази відбувається процес розходження до протилежних полюсів дочірніх хромосом, що утворилися, як ми бачили, внаслідок поздовжнього розщеплення материнських хромосом. Хромосоми, що розходяться в анафазі, ковзають по нитках ахроматинового веретена і врешті-решт збираються двома групами в області центросом.

Під час останньої стадії мітозу - телофази - відбувається відновлення структури ядра, що не ділиться. Навколо кожної групи хромосом утворюється ядерна оболонка. Хромосоми витягуються і витончуються, перетворюючись на довгі, безладно розташовані тонкі нитки. Виділяється ядерний сік, у якому з'являється ядерце.

Одночасно із стадіями анафази та телофази відбувається поділ на дві половини цитоплазми клітини, який здійснюється зазвичай шляхом простої перетяжки.

Як очевидно з нашого короткого описи, процес мітозу зводиться насамперед до правильного розподілу хромосом між дочірніми ядрами. Хромосоми складаються з пучків ниткоподібних молекул ДНК, розташованих по поздовжній осі хромосоми. Видимому початку мітозу передує, як тепер встановлено точними кількісними вимірами, подвоєння ДНК, молекулярний механізм якого ми вже розглянули вище.

Таким чином, мітоз та розщеплення хромосом під час нього є лише видимим виразом процесів подвоєння (ауторепродукції) молекул ДНК, що здійснюється на рівні молекул. ДНК визначає за допомогою РНК білковий синтез. Якісні особливості білків «закодовані» у структурі ДНК. Тому очевидно, що точний поділ хромосом у мітозі, що базується на редуплікації (ауторепродукції) молекул ДНК, лежить в основі «спадкової інформації» у ряді наступних поколінь клітин і організмів.

Число хромосом, як і їх форма, розміри тощо, є характерною ознакою кожного виду організмів. У людини, наприклад, є 46 хромосом, у окуня – 28, у м'яких пшениць – 42 тощо.

На зорі розвитку життя Землі всі клітинні форми були представлені бактеріями. Вони всмоктували органічні речовини, розчинені у первинному океані через поверхню тіла.

Згодом деякі бактерії пристосувалися виробляти органічні речовини з неорганічних. Для цього вони використали енергію сонячного світла. Виникла перша екологічна система, у якій ці організми були виробниками. Внаслідок цього в атмосфері Землі з'явився кисень, що виділяється цими організмами. З його допомогою можна з тієї ж їжі отримати набагато більше енергії, а додаткову енергію використовувати на ускладнення будови тіла: поділ тіла на частини.

Одне з важливих досягнень життя – поділ ядра та цитоплазми. У ядрі міститься спадкова інформація. Спеціальна мембрана довкола ядра дозволила захистити від випадкових пошкоджень. При необхідності цитоплазма отримує з ядра команди, що спрямовують життєдіяльність та розвиток клітини.

Організми, у яких ядро ​​відокремлено від цитоплазми, утворили надцарство ядерних (до них належать рослини, гриби, тварини).

Таким чином, клітина – основа організації рослин та тварин – виникла та розвинулася в ході біологічної еволюції.

Навіть не озброєним оком, а ще краще під лупою можна бачити, що м'якоть зрілого кавуна складається з дуже дрібних крупинок, або зернят. Це клітини — найдрібніші «цеглинки», з яких складаються тіла всіх живих організмів, у тому числі рослинних.

Життя рослини здійснюється з'єднаною діяльністю її клітин, що створюють єдине ціле. При багатоклітинності частин рослини існує фізіологічне розмежування їх функцій, спеціалізація різних клітин залежно від розташування їх у тілі рослини.

Рослинна клітина відрізняється від тварин тим, що має щільну оболонку, що покриває внутрішній вміст з усіх боків. Клітина не є плоскою (як її прийнято зображати), вона швидше за все схожа на дуже маленький пухирець, наповнений слизовим вмістом.

Будова та функції рослинної клітини

Розглянемо клітину як структурно-функціональну одиницю організму. Зовні клітина вкрита щільною клітинною стінкою, в якій є тонші ділянки - пори. Під нею знаходиться дуже тонка плівка – мембрана, що покриває вміст клітини – цитоплазму. У цитоплазмі є порожнини вакуолі, заповнені клітинним соком. У центрі клітини або біля клітинної стінки розташоване щільне тільце - ядро ​​з ядерцем. Від цитоплазми ядро ​​відокремлено ядерною оболонкою. По всій цитоплазмі розподілені дрібні тільця - пластиди.

Будова рослинної клітини

Будова та функції органоїдів рослинної клітини

Органоїд	Малюнок	Опис	Функція	Особливості
Клітинна стінка чи плазматична мембрана		Безбарвна, прозора та дуже міцна	Пропускає в клітину та випускає з клітини речовини.	Клітинна мембрана напівпроникна
Цитоплазма		Густа тягуча речовина	У ній розташовуються всі інші частини клітини	Знаходиться у постійному русі
Ядро (важлива частина клітини)		Округле або овальне	Забезпечує передачу спадкових властивостей дочірнім клітинам під час поділу	Центральна частина клітини
		Сферичної чи неправильної форми	Бере участь у синтезі білка
		Резервуар, відокремлений від цитоплазми мембраною. Містить клітинний сік	Накопичуються запасні поживні речовини та продукти життєдіяльності непотрібні клітині.	У міру зростання клітини дрібні вакуолі зливаються в одну велику (центральну) вакуолю.
Пластиди		Хлоропласти	Використовують світлову енергію сонця та створюють органічні з неорганічних.	Форма дисків, відмежованих від цитоплазми подвійною мембраною
		Хромопласти	Утворюються внаслідок накопичення каротиноїдів	Жовті, оранжеві чи бурі
		Лейкопласти	Безбарвні пластиди
Ядерна оболонка		Складається з двох мембран (зовнішня та внутрішня) з порами	Відмежовує ядро ​​від цитоплазми	Дає можливість здійснюватися обміну між ядром та цитоплазмою

Жива частина клітини - це обмежена мембраною, упорядкована, структурована система біополімерів та внутрішніх мембранних структур, що беруть участь у сукупності метаболічних та енергетичних процесів, що здійснюють підтримку та відтворення всієї системи в цілому.

Важливою особливістю є те, що в клітині немає відкритих мембран із вільними кінцями. Клітинні мембрани завжди обмежують порожнини чи ділянки, закриваючи їх із усіх боків.

Сучасна узагальнена схема рослинної клітини

Плазмалема(зовнішня клітинна мембрана) – ультрамікроскопічна плівка товщиною 7,5 нм., що складається з білків, фосфоліпідів та води. Це дуже еластична плівка, що добре змочується водою і швидко відновлює цілісність після пошкодження. Має універсальну будову, тобто типову для всіх біологічних мембран. У рослинних клітин зовні від клітинної мембрани знаходиться міцна, що створює зовнішню опору та підтримує форму клітини клітинна стінка. Вона складається з клітковини (целюлози) – нерозчинного у воді полісахариду.

Плазмодесмирослинної клітини, являють собою субмікроскопічні канальці, що пронизують оболонки та вистелені плазматичною мембраною, яка таким чином переходить з однієї клітини до іншої, не перериваючись. З їхньою допомогою відбувається міжклітинна циркуляція розчинів, містять органічні поживні речовини. За ними йде передача біопотенціалів та іншої інформації.

Часомназивають отвори у вторинній оболонці, де клітини поділяють лише первинна оболонка та серединна платівка. Ділянки первинної оболонки і серединну платівку, що розділяють пори суміжних клітин, що сусідять, називають поровою мембраною або замикаючою плівкою пори. Плівку, що замикає, пори пронизують плазмодесменные канальці, але наскрізного отвору в порах зазвичай не утворюється. Пори полегшують транспорт води та розчинених речовин від клітини до клітини. У стінках сусідніх клітин, як правило, одна проти іншої, утворюються пори.

Клітинна оболонкамає добре виражену відносно товсту оболонку полісахаридної природи. Оболонка рослинної клітини – продукт діяльності цитоплазми. У її освіті активну участь бере апарат Гольджі та ендоплазматична мережа.

Будова клітинної мембрани

Основу цитоплазми становить її матрикс, або гіалоплазма, - складна безбарвна, оптично прозора колоїдна система, здатна до оборотних переходів із золю в гель. Найважливіша роль гіалоплазми полягає в поєднанні всіх клітинних структур в єдину систему та забезпечення взаємодії між ними у процесах клітинного метаболізму.

Гіалоплазма(або матрикс цитоплазми) становить внутрішнє середовище клітини. Складається з води та різних біополімерів (білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, ліпідів), з яких основну частину складають білки різної хімічної та функціональної специфічності. У гіалоплазмі містяться також амінокислоти, моноцукри, нуклеотиди та інші низькомолекулярні речовини.

Біополімери утворюють з водою колоїдне середовище, яке в залежності від умов може бути щільним (у формі гелю) або більш рідким (у формі золю), як у всій цитоплазмі, так і в окремих її ділянках. У гіалоплазмі локалізуються та взаємодіють між собою та середовищем гіалоплазми різні органели та включення. При цьому розташування їх найчастіше специфічне для певних типів клітин. Через біліпідну мембрану гіалоплазма взаємодіє із позаклітинним середовищем. Отже, гіалоплазма є динамічним середовищем і відіграє важливу роль у функціонуванні окремих органел та життєдіяльності клітин у цілому.

Цитоплазматичні утворення – органели

Органели (органоїди) – структурні компоненти цитоплазми. Вони мають певну форму та розміри, є обов'язковими цитоплазматичними структурами клітини. За їх відсутності чи пошкодження клітина зазвичай втрачає здатність до подальшого існування. Багато з органоїдів здатні до поділу та самовідтворення. Розміри їх настільки малі, що можна бачити лише у електронний мікроскоп.

Ядро

Ядро - найпомітніша і зазвичай найбільша органела клітини. Воно вперше було докладно досліджено Робертом Броуном у 1831 році. Ядро забезпечує найважливіші метаболічні та генетичні функції клітини. За формою воно досить мінливе: може бути кулястим, овальним, лопатевим, лінзовидним.

Ядро відіграє значну роль у житті клітини. Клітина, з якої видалили ядро, не виділяє більше оболонку, перестає рости та синтезувати речовини. У ній посилюються продукти розпаду та руйнування, внаслідок цього вона швидко гине. Утворення нового ядра з цитоплазми немає. Нові ядра утворюються лише розподілом чи дробленням старого.

Внутрішній вміст ядра становить каріолімфа (ядерний сік), що заповнює простір між структурами ядра. У ньому знаходиться одне або кілька ядерців, а також значна кількість молекул ДНК, з'єднаних зі специфічними білками - гістонами.

Будова ядра

Ядрішко

Ядро - як і цитоплазма, містить переважно РНК і специфічні білки. Найважливіша його функція у тому, що у ньому відбувається формування рибосом, які здійснюють синтез білків у клітині.

Апарат Гольджі

Апарат Гольджі – органоїд, що має універсальне поширення у всіх різновидах еукаріотичних клітин. Є багатоярусною системою плоских мембранних мішечків, які по периферії потовщуються і утворюють пухирчасті відростки. Він найчастіше розташований поблизу ядра.

Апарат Гольджі

До складу апарату Гольджі обов'язково входить система дрібних бульбашок (везикул), які відшнуровуються від потовщених цистерн (диски) і розташовуються на периферії цієї структури. Ці бульбашки грають роль внутрішньоклітинної транспортної системи специфічних секторних гранул, можуть бути джерелом клітинних лізосом.

Функції апарату Гольджі полягають також у накопиченні, сепарації та виділенні за межі клітини за допомогою бульбашок продуктів внутрішньоклітинного синтезу, продуктів розпаду, токсичних речовин. Продукти синтетичної діяльності клітини, а також різні речовини, що надходять у клітину з навколишнього середовища каналами ендоплазматичної мережі, транспортуються до апарату Гольджі, накопичуються в цьому органоїді, а потім у вигляді крапель або зерен надходять у цитоплазму і або використовуються самою клітиною, або виводяться назовні. . У рослинних клітинах Апарат Гольджі містить ферменти синтезу полісахаридів та сам полісахаридний матеріал, який використовується для побудови клітинної оболонки. Припускають, що він бере участь у освіті вакуолей. Апарат Гольджі був названий так на честь італійського вченого Камілло Гольджі, який вперше виявив його в 1897 році.

Лізосоми

Лізосоми є дрібними бульбашками, обмежені мембраною основна функція яких - здійснення внутрішньоклітинного травлення. Використання лізосомного апарату відбувається при проростанні насіння рослини (гідроліз запасних поживних речовин).

Будова лізосоми

Мікротрубочки

Мікротрубочки - мембранні, надмолекулярні структури, що складаються з білкових глобул, що розташовані спіральними або прямолінійними рядами. Мікротрубочки виконують переважно механічну (рухову) функцію, забезпечуючи рухливість та скорочуваність органоїдів клітини. Розташовуючись у цитоплазмі, вони надають клітині певної форми і забезпечують стабільність просторового розташування органоїдів. Мікротрубочки сприяють переміщенню органоїдів у місця, що визначаються фізіологічними потребами клітини. Значна кількість цих структур розташована в плазмалеммі, поблизу клітинної оболонки, де вони беруть участь у формуванні та орієнтації целюлозних мікрофібрил оболонок рослинних клітин.

Будова мікротрубочки

Вакуоль

Вакуоль - найважливіша складова частина рослинних клітин. Вона є своєрідною порожниною (резервуар) у масі цитоплазми, заповнену водним розчином мінеральних солей, амінокислот, органічних кислот, пігментів, вуглеводів і відокремлену від цитоплазми вакуолярною мембраною — тонопластом.

Цитоплазма заповнює всю внутрішню порожнину лише у наймолодших рослинних клітин. Із зростанням клітини істотно змінюється просторове розташування спочатку суцільної маси цитоплазми: у неї з'являються заповнені клітинним соком невеликі вакуолі, і вся маса стає ніздрюватою. При подальшому зростанні клітини окремі вакуолі зливаються, відтісняючи до периферії прошарку цитоплазми, в результаті чого у сформованій клітині знаходиться зазвичай одна велика вакуоля, а цитоплазма з усіма органелами розташовуються біля оболонки.

Водорозчинні органічні та мінеральні сполуки вакуолей зумовлюють відповідні осмотичні властивості живих клітин. Цей розчин певної концентрації є своєрідним осмотичним насосом для регульованого проникнення в клітину та виділення з неї води, іонів та молекул метаболітів.

У комплексі із шаром цитоплазми та її мембранами, що характеризуються властивостями напівпроникності, вакуоль утворює ефективну осмотичну систему. Осмотично обумовленими є такі показники живих рослинних клітин, як осмотичний потенціал, сила, що смокче, і тургорний тиск.

Будова вакуолі

Пластиди

Пластиди - найбільші (після ядра) цитоплазматичні органоїди, властиві лише клітин рослинних організмів. Вони не знайдені лише у грибів. Пластиди відіграють важливу роль обміні речовин. Вони відокремлені від цитоплазми подвійною мембранною оболонкою, а деякі їх типи мають добре розвинену та впорядковану систему внутрішніх мембран. Усі пластиди єдині за походженням.

Хлоропласти- Найбільш поширені та найбільш функціонально важливі пластиди фотоавтотрофних організмів, які здійснюють фотосинтетичні процеси, що призводять зрештою до утворення органічних речовин та виділення вільного кисню. Хлоропласти вищих рослин мають складну внутрішню будову.

Будова хлоропласту

Розміри хлоропластів у різних рослин неоднакові, але середньому діаметр їх становить 4-6 мкм. Хлоропласти здатні пересуватися під впливом руху цитоплазми. Крім того, під впливом освітлення спостерігається активне пересування хлоропластів амебоподібного типу до джерела світла.

Хлорофіл - основна речовина хлоропластів. Завдяки хлорофілу зелені рослини здатні використовувати світлову енергію.

Лейкопласти(Безбарвні пластиди) являють собою чітко позначені тільця цитоплазми. Розміри їх дещо менші, ніж розміри хлоропластів. Більш і одноманітна та його форма, наближающая до сферичної.

Будова лейкопласту

Зустрічаються у клітинах епідермісу, бульбах, кореневищах. При освітленні дуже швидко перетворюються на хлоропласти з відповідною зміною внутрішньої структури. Лейкопласти містять ферменти, за допомогою яких із надлишків глюкози, утвореної в процесі фотосинтезу, в них синтезується крохмаль, основна маса якого відкладається в тканинах, що запасають, або органах (клубнях, кореневищах, насінні) у вигляді крохмальних зерен. У деяких рослин у лейкопластах відкладаються жири. Резервна функція лейкопластів зрідка проявляється у освіті запасних білків у вигляді кристалів чи аморфних включень.

ХромопластиНайчастіше є похідними хлоропластів, зрідка — лейкопластів.

Будова хромопласту

Дозрівання плодів шипшини, перцю, помідорів супроводжується перетворенням хлоро- або лейкопластів клітин м'якоті на каратиноїдопласти. Останні містять переважно жовті пластидні пігменти - каратиноїди, які при дозріванні інтенсивно синтезуються в них, утворюючи забарвлені ліпідні краплі, тверді глобули або кристали. Хлорофіл при цьому руйнується.

Мітохондрії

Мітохондрії — органели, характерні більшості клітин рослин. Мають мінливу форму паличок, зернят, ниток. Відкриті у 1894 році Р. Альтманом за допомогою світлового мікроскопа, а внутрішню будову було вивчено пізніше за допомогою електронного.

Будова мітохондрії

Мітохондрії мають двомембранну будову. Зовнішня мембрана гладка, внутрішня утворює різної форми вирости – трубочки у рослинних клітинах. Простір усередині мітохондрії заповнений напіврідким вмістом (матриксом), куди входять ферменти, білки, ліпіди, солі кальцію та магнію, вітаміни, а також РНК, ДНК та рибосоми. Ферментативний комплекс мітохондрій прискорює роботу складного та взаємопов'язаного механізму біохімічних реакцій, внаслідок яких утворюється АТФ. У цих органелл здійснюється забезпечення клітин енергією - перетворення енергії хімічних зв'язків поживних речовин в макроергічні зв'язки АТФ в процесі клітинного дихання. Саме в мітохондріях відбувається ферментативне розщеплення вуглеводів, жирних кислот, амінокислот зі звільненням енергії та подальшим перетворенням її на енергію АТФ. Накопичена енергія витрачається на ростові процеси, нові синтези тощо. буд. Мітохондрії розмножуються розподілом і живуть близько 10 днів, після чого зазнають руйнації.

Ендоплазматична мережа

Ендоплазматична мережа - мережа каналів, трубочок, бульбашок, цистерн, розташованих усередині цитоплазми. Відкрита в 1945 році англійським ученим К. Портером, є системою мембран, що мають ультрамікроскопічну будову.

Будова ендоплазматичної мережі

Вся мережа об'єднана в єдине ціле із зовнішньою клітинною мембраною ядерної оболонки. Розрізняють ЕПС гладку та шорстку, що несе на собі рибосоми. На мембранах гладкої ЕПС знаходяться ферментні системи, що беруть участь у жировому та вуглеводному обміні. Цей тип мембран переважає в клітинах насіння, багатих запасними речовинами (білками, вуглеводами, маслами), рибосоми прикріплюються до мембрани гранулярної ЕПС, і під час синтезу білкової молекули поліпептидний ланцюжок з рибосомами занурюється в канал ЕПС. Функції ендоплазматичної мережі дуже різноманітні: транспорт речовин як усередині клітини, і між сусідніми клітинами; розподіл клітини на окремі секції, в яких одночасно проходять різні фізіологічні процеси та хімічні реакції.

Рибосоми

Рибосоми - немембранні клітинні органоїди. Кожна рибосома складається з двох не однакових за розміром частинок і може ділитися на два фрагменти, які продовжують зберігати здатність синтезувати білок після об'єднання цілу рибосому.

Будова рибосоми

Рибосоми синтезуються в ядрі, потім залишають його, переходячи в цитоплазму, де прикріплюються до зовнішньої поверхні мембран ендоплазматичної мережі або розміщуються вільно. Залежно від типу синтезованого білка рибосоми можуть функціонувати поодинці або поєднуватися в комплекси - полірибосоми.

Біологія- наука про живі системи, закономірності та механізми їх виникнення, існування та розвитку.

Існуюча жива природа пройшла тривалий багатоетапний шлях історичного поступу. Елементарною структурною одиницею біологічних систем є клітина.

Вперше клітини за допомогою мікроскопа побачив та описав у 1665 р. Р. Гук. У 1839 р. Т. Шван і М. Шлейден створили клітинну теорію, згідно з якою клітини є основою живих істот. У 1858 р. Р. Вірхов доповнив клітинну теорію положенням про те, що будь-яка клітина походить від іншої клітини в результаті розподілу.

Клітини характеризуються фізико-хімічними властивостями, розмірами, формою.

Клітини діляться на прокаріотичні та еукаріотичні. Прокаріотичні клітини древніші (виникли близько 3-3,5 млрд років тому) і влаштовані простіше. Вони утворюють організми-прокаріоти (бактерії, синьо-зелені водорості). Еукаріотичні клітини виникли пізніше (близько 1-1,4 млрд років тому), мають більш складну будову та утворюють одноклітинні та багатоклітинні організми-еукаріоти (рослини, гриби, тварини).

Особливу групу дрібних організмів, які мають клітинного будови, становлять віруси. Вони займають прикордонний стан між живими біологічними системами та неживими та походять, очевидно, від клітинних організмів. Вивчення морфофункціональних особливостей різних бактерій та вірусів є важливим моментом для розуміння їхньої участі у виникненні та розвитку стоматологічних захворювань людини.

Тема 1.1. Клітинний та неклітинний рівні організації біологічних систем

Ціль.Знати основні сучасні методи вивчення клітин. Знати та вміти аналізувати структуру клітинних та неклітинних організмів при світловій чи електронній мікроскопії. Мати уявлення про фізико-хімічні властивості клітин, функції їх структур.

Завдання для студентів

Робота 1. Методи вивчення клітин

Вивчіть та перепишіть у зошит таблицю.

Закінчення табл.

Назва методів Їхня характеристика

Робота 2. Хімічний склад клітини

Вивчіть та перепишіть таблицю.

Робота 3. Молекулярна організація біологічної мембрани

(Б. Альбертом, 1994) Вивчіть по рис. 1 тривимірне зображення мембрани. Ліпіди в мембрані утворюють бислой (представлені фосфоліпідами, холестеролом і гліколіпідами). Білки занурені в бислой ліпідів, їх менше, молекули більші. Зауважте, що білки можуть пересуватися в ліпідах і саме вони в основному визначають специфіку функцій мембран.

Робота 4. Будова бактерії

Вивчіть за рис. 2 будова прокаріотичної (бактеріальної) клітини.

Мал. 1.Будова біологічної мембрани:

1 - ліпідний бислой; 2 – молекула білка; 3 - молекула ліпіду

Мал. 2.Будова прокаріотичної клітини:

1 - джгутик; 2 – рибосоми; 3 – запасні поживні речовини; 4 – капсула; 5 – плазматична мембрана; 6 - кільцева молекула ДНК (нуклеоїд); 7 – стінка клітини; 8 – мезосома; 9 – цитоплазма; 10 - тилакоїди (фотосинтетичні мембрани)

Робота 5. Будова тваринної клітини

Вивчіть на мікропрепаратах і за рис. 3 та 4 будова тваринної клітини, включення глікогену та жиру. Замалюйте кілька кліток.

Мал. 3.Будова тваринної клітини:

1 – оболонка клітини; 2 – цитоплазма; 3 - ядро

Мал. 4.Включення глікогену в клітинах епітелію: 1 – включення глікогену в цитоплазмі клітин

A. Будова клітин багатошарового плоского ороговіючого епітелію слизової оболонки твердого піднебіння людини. Забарвлення гематоксиліном - еозином (за Л.І. Фалін, 1963).

Б. Включення глікогену у цитоплазмі клітин епітелію слизової оболонки губи людини. ПАС-реакція (за Л.І. Фалін, 1963).

B. Включення жиру у цитоплазмі клітин печінки. Забарвлення осміємо. Розгляньте під великим збільшенням мікроскопа клітини печінки.

Знайдіть у цитоплазмі жирові включення у вигляді круглих чорних крапель різної величини. Замалюйте кілька клітин із включеннями жиру.

Позначте: 1 – оболонка клітини; 2 – ядро; 3 – цитоплазма з жировими включеннями.

Робота 6. Будова поверхневого апарату тваринної клітини(за А.А. Заварзіну, 1982) Вивчіть за рис. 5 та замалюйте молекулярну структуру поверхневого апарату.

Мал. 5.Будова поверхневої структури тваринної клітини: 1 – поверхневий апарат клітини; 2 - надмембранні структури (глікоколікс); 3 – плазматична мембрана; 4 - субмембранні структури (мікрофіломенти та мікротрубочки); 5 – біліпідний шар; 6 – інтегральний білок; 7 – напівінтегральні білки; 8 – тунельний білок; 9 – поверхневий білок; 10, 11 - глікопротеїди та гліколіпіди глікокаліксу

Робота 7. Органели еукаріотичних клітин

Заповніть таблицю, вказавши функції перерахованих органел.

Робота 8. Ультрамікроскопічна будова тваринної та рослинної клітини

Вивчіть на електроннограмах, за рис. 6 будова еукаріотичних клітин.

Мал. 6.Будова еукаріотичної клітини:

а – тваринного походження; б – рослинного походження; 1 - ядро ​​з хроматином та ядерцем; 2 – плазматична мембрана; 3 – клітинна стінка; 4 – плазмодесми; 5 – гранулярна ендоплазматична мережа; 6 – гладка ендоплазматична мережа; 7 - піноцитозні вакуолі, що утворюються; 8 – пластинчастий комплекс; 9 – лізосоми; 10 – жирові включення; 11 – центросома; 12 - мітохондрії; 13 - полірибосоми; 14 – вакуоль; 15 - хлоропласт

Робота 9. Порівняльна характеристика прокаріотичних та еукаріотичних клітин

Вивчіть та перепишіть таблицю.

Робота 10. Будова вірусу

Вивчіть за рис. 7 будова бактеріофага та його електронну мікрофотографію (за М. Грін, 1990). Замалюйте схему будови вірусу, позначте його структури.

Мал. 7.Будова вірусу:

а – будова бактеріофага; б – електронна мікрофотографія бактеріофага; 1 – головка вірусу; 2 - комірець; 3 – стрижень; 4 – чохол; 5 - базальна пластинка з шипами та відростками

Робота 11. Особливості будови: ДНК-і РНК-вірусів тварин(за А.П. Коротяєва, 1998) Вивчіть рис. 8 і замалюйте на вибір кілька вірусів різної форми та розмірів.

Мал. 8.ДНК-(а) та РНК-містять (б) віруси

Запитання для самопідготовки

1. Які основні властивості біологічних систем?

2. Які рівні організації біологічних систем є еволюційно обумовленими?

3. Які основні положення клітинної теорії Т. Шванна, М. Шлейден, Р. Вірхова? Сучасний стан клітинної теорії?

4. Якими є основні фізико-хімічні властивості клітини?

5. Яке сучасне уявлення про молекулярну організацію біологічної мембрани та її функції?

6. Як улаштовані прокаріотичні клітини?

7. Як улаштовані еукаріотичні клітини?

8. Як влаштовані віруси?

9. Які є гіпотези походження еукаріотичних клітин?

Тестові завдання

1. ОРГАНЕЛАМИ ПРОКАРІОТИЧНИХ КЛІТИН Є:

1. Мітохондрії

2. Рибосоми

3. Центросома

4. Пластинчастий комплекс

2. СТІЙКІСТЬ ВИЗНАЧЕНИХ ВИДІВ БАКТЕРІЙ

ДО ЛИЗОЦІЙНОГО СЛЮНИ І СЛІЗ ПОЯСНЯЄТЬСЯ НАЯВНІСТЬЮ

У ЇХНІХ КЛІТИННОЇ Стінки:

2. М'яких ліпідів

3. Муреїна

4. Полісахаридів

3. ХВОРОБІЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ ДЕЯКИХ ВИДІВ БАКТЕРІЙ ОБумовлені наявністю в їх клітинній стінці:

1. Полісахаридів. муреїну

2. Полісахаридів. ліпідів

3. Полісахаридів. капсульних полісахаридів

4. Полісахаридів. білків

4. ЗА СУЧАСНОЮ КЛІТИНОЮ ТЕОРІЇ, КЛІТИНА - ЦЕ

1. Відкрита

2. Закрита

3. Елементарна

4. Універсальна

5. Цілісна

5. ВЛАСТИВОСТЯМИ БІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ Є:

1. Цілісність та дискретність

2. Розмноження

3. Метаболізм

4. Низька ентропія (негентропія)

5. Спадковість та мінливість

6. Висока ентропія

6. ЕВОЛЮЦІЙНО-ОБУСЛОВЛЕНИМИ РІВНЯМИ ОРГАНІЗАЦІЇ БІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ Є:

1. Молекулярно-генетичний

2. Клітинний

3. Тканинний

4. Популяційно-видовий

5. Біогеоценотичний

7. БІОЛОГІЧНІ МЕМБРАНИ КЛІТИН ЗАБЕЗПЕЧУЮТЬ:

1. Компартментацію

2. Бар'єрну функцію

3. Формування рибосом та полісом

4. Транспорт речовин

5. Рецепцію

Встановіть відповідність.

8. МЕТОДИ ВИВЧЕННЯ КЛІТИН:

1. Світлова мікроскопія

2. Поляризаційна мікроскопія

3. Флюоресцентна мікроскопія

4. Електронна мікроскопія

5. Рентгеноструктурний аналіз

6. Культура тканин

ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДУ:

а) Дослідження живих клітин у живильному середовищі

б) Вивчення зміни молекул біополімерів

в) Вивчення клітинних структур на основі розсіювання ними пучка електронів

г) Вивчення клітин у світловому мікроскопі

д) Дослідження клітин, пофарбованих речовинами-флюорохромами

е) Вивчення клітин на основі подвійного променезаломлення)

9. ТИП КЛІТИНИ:

1. Прокаріотична

2. Еукаріотична

ХАРАКТЕРИСТИКА ПОВЕРХНЕВОГО АПАРАТУ:

а) Клітинна стінка містить муреїн

б) Клітинна стінка містить целюлозу

в) Плазматична мембрана

г) Глікокалікс містить ліпопротеїни та гліколіпіди

д) Субмембранні структури - мікрофібрили та мікротрубочки.

10. ОРГАНЕЛИ КЛІТИН

Еукаріот:

1. Гладка ендоплазматична

мережа (ЕПС)

2. Рибосоми

3. Мітохондрії

4. Центросома

5. Пластинчастий комплекс

6. Лізосоми

ЇХНІ ФУНКЦІЇ:

а) Синтез білка

б) Синтез вуглеводів та ліпідів

в) Розподіл клітин

г) Утворення енергії

д) Внутрішньоклітинне перетравлення речовин

е) Виділення речовин із клітини

Література

Основна

Кн. 1. – С. 18-21, 24-51, 54-55.

Пєхов А.П.

Додаткова

Альберт Би., Брейд Д.та ін. Молекулярна біологія клітини. – М.: Світ, 1994. – Т. 1.

Гілберт С.Біологія розвитку. - М: Мир, 1995. - Т. 1-3. Грін Н, Стаут У., Тейлор Д.Біологія – М.: Світ, 1990. – Т. 1. Заварзін А.А., Харазова А.Д.Основи загальної цитології. - Л.:

Вид-во ЛДУ, 1982.

Тема 1.2. Організація спадкового матеріалу у про- та еукаріотів. Реалізація генетичної

інформації та її регулювання

Ціль.Знати молекулярну структуру та властивості нуклеїнових кислот, хромосом, стадії біосинтезу білка, принципи регуляції генної активності. Вміти виявляти ДНК у ядрах клітин за допомогою реакції Фельгену.

Завдання для студентів

Робота 1. ДНК у ядрах клітин

На постійному препараті під великим збільшенням мікроскопа розгляньте у ядрах клітин епітелію слизової оболонки ротової порожнини ДНК, виявлену за допомогою реакції Фельгену.

Замалюйте кілька ядер, у яких ДНК пофарбована в пурпурно-маліновий колір.

Робота 2. Молекулярна структура ДНК еукаріотів

Розгляньте рис. 1. Замалюйте будову вторинної (2) структури

Мал. 1.Будова ДНК еукаріотів.

Структури ДНК: 1 – первинна; 2 – вторинна; 3 – третинна.

А – аденін; Г - гуанін - пуринові азотисті основи; Ц – цитозин; Т - тімін-піримідинові азотисті основи; Д – дезоксирибоза; Ф – залишок фосфорної кислоти; Н – нуклеотид

Робота 3. Структурно-функціональна організація ДНК у про- та еукаріотів

Вивчіть таблиці, перепишіть їх у робочий зошит.

Робота 4. Організація спадкового матеріалу у прокаріотів (нуклеоїд)

Розгляньте рис. 2 та зверніть увагу на укладання ДНК у вигляді петель.

Мал. 2.Укладання ДНК в нуклеоїді прокаріотів:

1 – кільцева молекула ДНК; 2 - укладання ДНК у вигляді петель; 3 - білки, що зв'язують петлі ДНК

Робота 5. Рівні організації інтерфазного хроматину

Розгляньте рис. 3 рівні організації спадкового матеріалу у еукаріотів.

Мал. 3.Схема різних рівнів компактизації хроматину: а – нуклеосомна нитка; б - мікрофібрилла; в - інтерфазна хромонема; г – молекулярна організація нуклеосомної нитки: 1 – нуклеосома; 2 – ДНК; 3 - гістони Н2А, Н2В, Н3 та Н4; 4 – гістон Н1

Робота 6. Біосинтез білка у прокаріотів та еукаріотів

Вивчіть та замалюйте процес біосинтезу білка за схемою 1.

Схема 1.Біосинтез білка у прокаріотів (а) та еукаріотів (б)

Робота 7. Транскрипція та процесинг у еукаріотів

Вивчіть транскрипцію та процесинг за рис. 4.

Мал. 4.Транскрипція та процесинг у еукаріотів:

1 – ДНК; 2 - пре-мРНК; 3 - РНК-полімераза; 4 - кодогенний ланцюг ДНК; 5 – екзони; 6 – інтрони; 7 – зріла мРНК; Т – термінатор; КЕП та полі-А - кінцеві послідовності нуклеотидів; ТАЦ та АУГ - ініціаторні триплети

8. Трансляція. Етапи рибосомного циклу

Вивчіть та замалюйте за рис. 5 процес трансляції.

Мал. 5.Процес трансляції:

1 - мала субодиниця рибосоми; 2 - велика субодиниця рибосоми; 3 - аміноацильний (А) центр; 4 - пептидильний (П) центр; 5 – АУГ-ініціаторний триплет мРНК; 6 – термінатор мРНК; 7 – ініціаторна тРНК; 8 - амінокислоти поліпептиду, що формується; 9 - ковпачок

Робота 9. Регуляція активності генів у прокаріотів (схема Жакоба-Моно)

Розгляньте та замалюйте зображення регуляції синтезу білка шляхом індукції та репресії (рис. 6).

Мал. 6.Регуляція синтезу білка шляхом індукції (а, б) та репресії (в, г): а – структурні гени оперону блоковані; б – дерепресування генів індуктором; в - за недостатньої кількості кінцевого продукту (корепресора) оперон дерепресований, а при надмірному - блокований (г)

Робота 10. Основні принципи регулювання активності генів у еукаріотів

Вивчіть та перепишіть.

1. У еукаріотів не встановлено оперонної організації генів, так як гени, що визначають синтез ферментів одного ланцюга біохімічних реакцій, можуть бути розсіяні в геномі і не мають, як у прокаріотів, єдиної регулюючої системи (ген-регулятор, промотор, оператор і т.д. .).

2. Регуляція транскрипції у еукаріотів комбінаційна, тобто. активність кожного гена регулюється великою кількістю генів-регуляторів.

3. У багатьох еукаріотичних генів у ДНК є кілька зон, відомих різними білками.

4. У еукаріотів існують білки-регулятори, що контролюють роботу інших регуляторних білків, і їхня дія може характеризуватись плейотропним ефектом.

5. У регуляції експресії еукаріотичних генів важливу роль відіграють гени енхансери (підсилюють транскрипцію) та сайленсери (гальмують транскрипцію).

6. У регуляції транскрипції беруть участь гормони, а генної активності – гістони хромосом.

7. Регуляція експресії генів складає всіх етапах реалізації спадкової інформації.

Запитання для самопідготовки

1. Які особливості організації спадкового матеріалу у про- та еукаріотів?

2. Яка молекулярна організація та функції нуклеїнових кислот?

3. Що таке ген? Яке визначення гена Ви вважаєте точнішим?

4. Які особливості будови генів у про- та еукаріотів?

5. Що таке генетичний код та які його властивості?

6. Які основні етапи біосинтезу білка, у чому їхня сутність?

7. Які механізми регулювання генної активності у прокаріотів (схема Жакоба-Моно)?

8. Які основні принципи регулювання генної активності у еукаріотів?

Тестові завдання

Виберіть одну правильну відповідь.

1. ЕЛЕМЕНТАРНОЇ ЄДИНИЦЮ ФУНКЦІЇ СПАДЧИННОГО МАТЕРІАЛУ Є:

2. ТРАНСКРИПЦІЮ ЗДІЙСНЮЄ ФЕРМЕНТ

1. ДНК-полімераза

2. РНК-полімераза

3. Геліказу

3. МУЛЬТИГЕННІ СІМЕЙСТВА І КОМПЛЕКСИ В ГЕНОМІ

1. Прокаріоти

3. Еукаріоти

Виберіть кілька відповідей.

4. ВЛАСТИВОСТЯМИ ДНК ЯК РЕЧОВИНИ СПАДЩОСТІ Є:

1. Хімічна стабільність

2. Реплікація

3. Репарація

4. Здатність до трансляції

5. БІОСИНТЕЗ БІЛКУ ВІДБУВАЄТЬСЯ З УЧАСТЬЮ ОРГАНЕЛ:

1. Лізосоми

2. Гладка ЕПС

3. Рибосоми

4. Полісоми

6. ОСОБЛИВОСТЯМИ РЕГУЛЯЦІЇ ЕКСПРЕСІЇ ГЕНІВ У ЕУКАРІОТ Є:

1. Відсутність оперонної організації генів

2. Наявність оперонної організації генів

3. Наявність комбінаційного регулювання транскрипції

4. Регуляція експресії генів всіх етапах реалізації генетичної інформації

Встановіть відповідність.

7. ТРИПЛЕТИ ДНК:

ТРИПЛЕТИ МРНК:

Встановіть правильну послідовність.

8. УПАКОВКИ ДНК У ХРОМОСОМІ ЕУКАРІОТ:

1. Хромонема

2. Хроматида

3. Нуклеосомна нитка

4. Мікрофібрила

9. БІОСИНТЕЗА БІЛКУ В ЕУКАРІОТ:

1. Трансляція

2. Транскрипція

3. Процесинг

4. Посттрансляція

10. РЕГУЛЯЦІЇ ЕКСПРЕСІЇ ГЕНІВ У ПРОКАРІОТ

(СХЕМА ЖАКОБА-МОНО):

1. Зчитування інформації зі структурних генів

2. Освіта комплексу індуктор-репресор

3. Надходження індуктора до цитоплазми прокаріоту

4. Звільнення оператора від репресора

5. Освіта поліцистронного транскрипту

6. Синтез окремих пептидів

Література

Основна

Біологія/За ред. В.М. Яригіна. – К.: Вища школа, 2001. – Кн. 1. – С. 65-138, 147-152, 163-171.

Пєхов А.П.Біологія із загальною генетикою. - М: Вид-во РУДН, 1993. - С. 95-112, 141-154, 166-171.

Додаткова

Альберт Би.та ін. Молекулярна біологія клітини. - М.: Світ, 1994. -

Гільберт С.Біологія розвитку. - М: Мир, 1994. Жімульов І.Ф.Загальна та молекулярна генетика. – Н.: Сибірське університетське видавництво, 2003.

Тема 1.3. Відтворення на клітинному рівні

Ціль.Знати життєвий цикл клітин, процеси, що протікають у мітотичному циклі та при термінальному диференціюванні. Мати уявлення про механізми регуляції клітинного циклу. Вміти визначати на мікропрепаратах фази мітозу та обчислювати мітотичний коефіцієнт. Знати сутність та біологічне значення мейозу.

Завдання для студентів

Робота 1. Клітинний цикл

Соматичні клітини організму утворюються внаслідок мітозу. Надалі можливі три варіанти життєвого шляху (циклу) клітин:

1. Клітини готуються до поділу та закінчують своє життя мітозом (мітотичний цикл).

2. Клітини диференціюються, функціонують та гинуть.

3. Клітини переходять у період G0, в якому можуть перебувати від декількох годин до багатьох років. За певних умов можуть перейти з цього періоду в мітотичний цикл або термінальне диференціювання.

Вивчіть та замалюйте схему життєвого циклу клітин, представлену на рис. 1.

Мал. 1.Життєвий цикл клітин:

G 1 – пресинтетичний період; S – синтетичний період; G 2 – постсинтетичний період;

МЦ(Мітотичний цикл) = G 1 + S + G 2 + мітоз;

G 0 - період клітинного циклу, який включає:

Клітини проліферативного пулу тканин, що повільно оновлюються;

Клітини, що вийшли із МЦ для репарації ДНК;

Клітини, що не здатні пройти МЦ через дефіцит поживних речовин або факторів росту;

Резервні та стовбурові клітини; n – гаплоїдний набір хромосом;

c - одинарний набір ДНК

Робота 2. Подвоєння хромосом та реплікація ДНК у еукаріотів

Подвоєння ДНК та хромосом відбувається у S-періоді мітотичного циклу.

Реплікація ДНК починається одночасно у багатьох місцях – точках ініціації (рис. 2а). Відбувається прикріплення комплексу ферментів («реплікативна машина»), ДНК звільняється від гістонів і розплітається, утворюється реплікаційне вічко (рис. 2б). Поділ вихідних матричних та синтез нових дочірніх ланцюгів ДНК у вічку відбуваються одночасно в обидві сторони у реплікаційних вилках (рис. 2в). Після подвоєння ДНК з ними з'єднуються гістони, і хромосома стає подвійною, що складається з двох хроматид, які з'єднані в області центроміру (рис. 2г).

Мал. 2а.Початок реплікації ДНК у хромосомі

Мал. 2б.Освіта реплікаційних вічок та реплікаційних виделок

Мал. 2в.Синтез ДНК у реплікаційній вилці:

1 – матричні ланцюги ДНК; 2 - фермент геліказу, що розділяє ланцюги матричної ДНК; 3 - ДСБ-білки, що перешкоджають возз'єднанню ланцюгів ДНК; 4 – праймаза; 5 - РНК-затравка (синтезується РНК-полімеразою - праймазою); 6 - ДНКполімераза, що синтезує дочірні ланцюги; 7 - лідируюча дочірня ланцюг ДНК; 8 - лігаза, що з'єднує фрагменти Оказаки відстаючого ланцюга ДНК; 9 - фрагмент Козаки (150-200 нуклеотидів); 10 - топоізомеразу

Мал. 2г.Завершення подвоєння ДНК та хромосоми

Вивчіть схему реплікації ДНК та подвоєння хромосом, представлену на рис. 2а-2г. Замалюйте рис. 2в.

Робота 3. Мітоз рослинних клітин

Розгляньте під великим збільшенням мікроскопа мікропрепарат корінця цибулі. Знайдіть клітини, що знаходяться в інтерфазі та різних фазах мітозу. Замалюйте та позначте:

I - стадії мітозу: 1 - профаза;

2 – метафаза;

3 – анафаза;

4 – телофаза;

II - інтерфаза (клітка, що не ділиться).

Робота 4. Мітоз клітин людини

Розгляньте під невеликим збільшенням цитогенетичний препарат лімфоцитів крові людини. Знайдіть клітину у стадії мітозу. Переведіть велике збільшення, поставивши імерсійний об'єктив (х90). Розгляньте на препараті метафазну платівку. Зверніть увагу на будову хромосом людини, їх розміри, розташування центроміру, кількість хроматид у метафазній хромосомі. Визначте набір хромосом, знайдіть гомологічні хромосоми. Замалюйте метафазні хромосоми з різним розташуванням центроміру.

Робота 5. Визначення мітотичного коефіцієнта

На мікропрепаратах корінця цибулі порахуйте кількість клітин, що діляться і неділяться, в декількох полях зору (близько 1000 клітин). Визначте мітотичний коефіцієнт за такою формулою:

Число мітозів

МК виявляється у проміле (%о).

Робота 6. Види тканин залежно від рівня клітинної проліферації

Стабільні - всі клітини перебувають у стані незворотного диференціювання. Загибель частини клітин протягом життя організму веде до зменшення загальної кількості клітин у тканині.

Зростання - кількість клітин у тканині збільшується, оскільки частка клітин, що йдуть у мітотичний цикл, перевищує частку клітин, що йдуть у диференціювання.

Поновлюються - відбувається розмноження клітин, проте загальна кількість клітин залишається постійним, оскільки половина клітин перетворюється на незворотне диференціювання і гине.

Вивчіть та перепишіть таблицю.

Примітка: P c – проліферативний пул; Т – тривалість мітотичного циклу; МК – мітотичний коефіцієнт. Проліферативний пул - частка клітин, що знаходяться у всіх фазах мітотичного циклу і в пулі G 0 здатних до розмноження.

Робота 7. Стовбурові клітини. Їх біологічне та медичне значення

Стовбурові клітини- Це клітини, що зберігають здатність до розмноження протягом усього життя організму. В ембріональному періоді вони потрібні для розвитку органів та тканин, у постембріональному – для зростання організму, оновлення тканин, регенерації та вегетативного розмноження.

Вивчіть таблицю.

Вид стовбурових клітин Характеристика Значення

Застосування стовбурових клітин у медицині та стоматології

Удосконалення методів виділення стовбурових клітин, вивчення факторів, що регулюють їх зростання та диференціювання, відкриває широкі можливості для використання таких клітин у медицині. Стовбуровими клітинами, взятими з пуповинної крові або інших тканин, можна замінювати власні пошкоджені клітини в будь-яких органах, не побоюючись їх відторгнення. Застосування ембріональних клітин, терапевтичне клонування та використання методів генної інженерії дозволять вирощувати органи та тканини та отримувати доступний матеріал для трансплантації. В даний час у експериментальних тварин зі стовбурових клітин вдається отримати цілі зуби або їх окремі тканини (емаль, пульпу та інші). Так, зародки зуба, вирощені у мишей із клітин зубного сосочка, після імплантації дорослим тваринам замість віддалених різців прижилися та сформували повноцінні зуби. У людини зі стовбурових клітин пульпи або апікального горбка віддалених зубів мудрості вдалося виростити коріння та періодонтальні зв'язки, на основі яких відновили (поки що - за допомогою звичайних методів протезування) коронку зуба. Таким чином, надалі планується отримання матеріалу для аутотрансплантації. Використання мезенхімальних стовбурових клітин та композитних матеріалів дозволило розробити імплантати для заміщення кісткових дефектів у щелепно-лицьовій хірургії. Слід зазначити, що в даний час застосування стовбурових клітин знаходиться на стадії експериментальних досліджень або клінічних випробувань. Їхнє широке впровадження в практичну медицину - справа найближчого майбутнього.

Робота 8. Різні напрямки диференціювання клітин ротової порожнини

Вивчіть та замалюйте схему 1.

Схема 1.Напрями диференціювання клітин ротової порожнини Робота 9. Регуляція розмноження клітин

У тканинах, що оновлюються, постійна кількість клітин підтримується в результаті саморегуляції, що здійснюється за принципом негативного зворотного зв'язку. При зменшенні кількості клітин включаються механізми, що активують протоонкогени. Індукція цих генів веде до синтезу факторів росту, що надають мітогенну стимуляцію на клітини, що знаходяться в G o-Період, у тому числі стовбурові клітини. Відбувається їх посилене розмноження та збільшення кількості. Надлишок клітин веде до репресії протоонкогенів та активації генів-супресорів, які відповідають за синтез інгібіторів клітинної проліферації. Періодичні коливання числа клітин, що діляться, що проявляються в добових ритмах проліферації, дозволяють досягти стану динамічної рівноваги - кількість клітин підтримується на тому рівні, який необхідний для даної тканини.

Вивчіть схему 2. Наведіть приклади факторів росту та інгібіторів клітинного поділу.

Схема 2.Саморегуляція клітинної проліферації

Робота 10. Порівняльна характеристика нормальних клітин та клітин злоякісних пухлин

Спонтанно або за дії канцерогенних факторів можуть відбуватися мутації протоонкогенів або генів супресорів, що регулюють розмноження клітин. Протоонкогени перетворюються на онкогени, які не реагують на регуляторні фактори та утворюють велику кількість факторів росту. Пошкодження генів-супресорів не дозволяє стримувати надмірне розмноження клітин – виникає пухлина. Для клітин пухлини характерна генетична нестабільність – у них виникають нові мутації, які ще більше порушують регуляцію клітинної проліферації. Доброякісна пухлина може трансформуватися у злоякісну.

Вивчіть таблицю.

Параметри Нормальні клітини Пухлинні клітини

Закінчення табл.

Робота 11. Мейоз, його особливості порівняно з мітозом

а) Під великим збільшенням мікроскопа розгляньте препарат поперечного зрізу матки аскариди. Знайдіть овоцити першого ладу на стадії мейозу 1.

Замалюйте та позначте:

1 – овоцит;

2 – цитоплазма;

3 – зошит.

б) Використовуючи матеріали підручника, лекцій та наочних посібників, вивчіть стадії редукційного та екваційного поділу мейозу. Відзначте відмінності мітозу та мейозу. Заповніть таблицю.

Порівняльна характеристика мітозу та мейозу

Запитання для самопідготовки

1. Що таке життєвий цикл клітин?

2. Що таке мітотичний цикл, із яких періодів він складається? Що відбувається у різні періоди мітотичного циклу?

3. Як утворюються нові клітини? Чим закінчується життя клітин?

4. Які молекулярні процеси є основою подвоєння молекули ДНК? Як відбувається подвоєння хромосом?

5. Фази мітозу. Біологічна сутність та значення мітозу.

6. Що таке політенія, ендомітоз та поліплоїдія?

7. Що таке мітотичний коефіцієнт та як він визначається?

8. Які види тканин розрізняють залежно від їхньої мітотичної активності? Чим вони характеризуються?

9. Чим відрізняються життєві цикли нормальних та пухлинних клітин?

10. Які механізми регуляції клітинного поділу?

11. Що таке стовбурові клітини? Види стовбурових клітин та їх значення для стоматології.

12. Клітинні цикли та напрями диференціювання при утворенні тканин органів ротової порожнини людини.

13. Яке біологічне значення та сутність мейозу?

14. Як змінюється набір хромосом, хроматид та ДНК у процесі мейозу?

15. Які процеси ведуть до рекомбінації генетичного матеріалу при мейозі?

Тестові завдання

Вибрати одну правильну відповідь.

1. Подвоєння хромосом відбувається в період клітинного циклу:

1. Пресинтетичному

2. Постсинтетичний

3. Синтетичному

5. G o-періоді

2. ЗБІЛЬШЕННЯ КІЛЬКОСТІ МОЛЕКУЛ ДНК У ХРОМОСОМАХ ЗАБЕЗПЕЧУЄ:

3. Ендомітоз

5. Політіння

3. СТВОЛОВІ КЛІТИНИ ЗБЕРІГАЮТЬСЯ У ПЕРІОДІ

КЛІТИННОГО ЦИКЛУ:

5. У диференціювання

4. У МЕЙОЗІ РОЗХОДЖЕННЯ ГОМОЛОГІЧНИХ ХРОМОСОМ

ВІДБУВАЄТЬСЯ В:

1. Профазі I

2. Метафазі I

3. Анафазе I

4. Метафазі II

5. Анафазе II

Виберіть кілька відповідей.

5. КОН'ЮГАЦІЯ ГОМОЛОГІЧНИХ ХРОМОСОМ У МЕЙОЗІ

НЕОБХІДНА ДЛЯ:

1. Подвоєння хромосом

2. Кросинговера

3. Репарації

4. Ампліфікації

5. Упорядкованого розташування гомологічних хромосом

6. ДО ШВИДКО ОБНОВЛЯЮЧИХ ТКАНИН ВІДНОСЯТЬСЯ:

1. Нервова

2. Епітелій кишечника

3. Паренхіма печінки

4. Червоний кістковий мозок

5. Емаль зубів

6. Епітелій мови

7. Ембріональні тканини

Встановіть відповідність.

7. КІЛЬКІСТЬ КЛІТИН:

1. Не змінюється

2. Збільшується

3. Зменшується

а) Зростаючі

б) Повільно оновлюються

в) Швидко оновлюються

г) Стабільні

8. ПІСЛЯ ДІЛЕННЯ:

3. Ендомітоз

КІЛЬКІСТЬ ХРОМОСОМ (n) І ДНК (с)

Складає в клітині:

9. ФЕРМЕНТ:

1. Геліказа

2. РНК-полімераза

3. ДНК-полімераза

а) Синтез праймерів

б) Вирізання праймерів

в) Роз'єднання матричних ланцюгів ДНК

г) Стабілізація матричних ланцюгів ДНК

д) Синтез дочірніх ланцюгів ДНК

е) Зшивання фрагментів Оказаки

Встановити правильну послідовність. 10. ПОДІЇ ПРИ РЕПЛІКАЦІЇ ДНК:

1. Поділ ланцюгів ДНК

2. З'єднання фрагментів Оказаки

3. Синтез праймерів

4. Видалення праймерів

5. Синтез фрагментів Оказаки

Література

Основна

Біологія/За ред. В.М. Яригіна. – М.: Вища школа, 2001. –

Кн. 1. – С. 55-60, 72-79, 118-144, 200-207.

Пєхов А.П.Біологія та загальна генетика. - М: Вид-во РУДН, 1993. -

С. 64-80, 107-112.

Додаткова

Жімульов І.Ф.Загальна та молекулярна генетика. - Новосибірськ: Вид-во Новосибірського ун-ту, 2002.

Лушніков Є.Ф., Абросімов А.Ю.Загибель клітки (апоптоз). - М: Медицина, 2001.

Єпіфанова О.І.Лекції про клітинний цикл. - М: КМК, 2003.